帶電作業(yè)三維模擬培訓及培訓管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

1、    帶電作業(yè)三維模擬培訓及培訓管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用    初金良+蘇愷+閆東+陳勇+王朝明摘 要 配帶電網(wǎng)作業(yè)的培訓因受到諸多方面的影響而效果不佳，本文從虛擬現(xiàn)實的方面出發(fā)，開發(fā)出了基于三維技術(shù)的帶電作業(yè)模擬培訓及管理系統(tǒng)，通過模擬仿真，進行虛擬現(xiàn)實交互操作，可對培訓人員的進行培訓，同時也可實現(xiàn)協(xié)同作業(yè)以及動作風險評估，為帶電作業(yè)的培訓提供了有效的方式?！娟P(guān)鍵詞】帶電作業(yè) 三維模擬 培訓仿真 協(xié)調(diào)作業(yè)由于培訓及理念的落后，配電網(wǎng)的從業(yè)人員的訓練方法較為原始，很多從業(yè)人員在沒有經(jīng)過系統(tǒng)、嚴格的情況下就進行上崗，養(yǎng)成了很多不規(guī)范的操作習慣，并且若是長期性

2、的以不規(guī)范的操作方法進行作業(yè)，會造成很大的人身安全隱患。為了能夠使帶電作業(yè)更加安全、穩(wěn)定和科學的發(fā)展是迫切需要解決的問題，但是傳統(tǒng)的帶電作業(yè)的培訓方法受到設(shè)備、指導(dǎo)等多方面因素的影響，培訓的效果不夠理想。為了能提高供電部門帶電作業(yè)的能力水平，開發(fā)出一套三維模擬的帶電作業(yè)管理培訓系統(tǒng)，可實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的全部特征。以流暢自然的三維虛擬技術(shù)，系統(tǒng)動作風險的檢測與評估，將帶電作業(yè)實現(xiàn)全程化管理。1 系統(tǒng)的構(gòu)成本系統(tǒng)采用基于腳本的動態(tài)建模環(huán)境，將零件的腳本建模、設(shè)備通過零件的組裝，再加上場景的設(shè)計于一體，能夠?qū)崿F(xiàn)所有模型的動態(tài)化。這種動態(tài)化的模型，可以通過模型參數(shù)和外部的各種數(shù)據(jù)結(jié)合，模型可以活生生的

3、展現(xiàn)在面前。而且基于腳本的建模，每個模型文件只有幾k，一個場景中，顯示幾百個設(shè)備，速度依然流暢。另外，模型的建模非常方便，可以根據(jù)需要，快速的定制出各種可以重用的三維模型，適合各種需求。采用三維方式進行監(jiān)控及其效果展示。支持三維建模及其組態(tài)功能。帶電操作管理及三維培訓系統(tǒng)就是采用基于腳本的動態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)基于實時數(shù)據(jù)的三維虛擬監(jiān)控及動態(tài)化，具有美觀流暢的展示效果?？梢杂脭?shù)據(jù)、圖表、動畫等形式，進行集中、動態(tài)、實時、交互演示各種場景的功能。圖1為系統(tǒng)的組成框圖。2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)通過采用層次建模的方法，對人物、場景以及工器具按照虛擬場景中的各種尺寸進行模型的建立。然后采用quest 3d軟件進行交互

4、式的動作設(shè)計，同時采用kinect體感外設(shè)實現(xiàn)培訓人員與虛擬場景的交互，完成受訓者通過自身的動作對虛擬設(shè)備進行操作，實現(xiàn)培訓內(nèi)容。2.1 幾何建模帶電作業(yè)管理及各種模擬的功能情形如下：（1）場景模型，能建立虛擬自然環(huán)境和建立虛擬電氣環(huán)境；（2）人物模型，能建立帶電作業(yè)中不同的作業(yè)角色模型；（3）工具或器具模型，不僅可以建立各種諸如吊車或者斗臂車等特種車輛，還可以建立類似于各種防護裝備用具、工具等。2.2 行為建模在模擬仿真的作業(yè)環(huán)境中，可以以一個實際工作的人的身份去進行虛擬化的作業(yè)，內(nèi)容可以包括虛擬出工具，還可以虛擬出使用工具對作業(yè)的操作過程，有較好的交互性，例如虛擬的去進行螺絲的擰固、穿戴安

5、全服裝等等。2.3 場景驅(qū)動場景驅(qū)動執(zhí)行引擎負責實現(xiàn)虛擬人和物體的交互，并使虛擬場景活動起來。為了實現(xiàn)場景的驅(qū)動需要定義虛擬人如何在三維虛擬場景中進行行動以及虛擬環(huán)境如何發(fā)生變化。虛擬人和設(shè)備的行為和運動控制過程相互配合實現(xiàn)現(xiàn)實場景的模擬。有了場景驅(qū)動這一環(huán)節(jié)，才能夠保證人和虛擬的場景有機的組合在一起，實現(xiàn)了人在虛擬現(xiàn)實中的活動。3 系統(tǒng)功能3.1 操作培訓“帶電作業(yè)管理及三維模擬培訓系統(tǒng)”中培訓仿真功能具有以下幾項帶電作業(yè)培訓內(nèi)容：（1）斷支線線路引線；（2）斷跌落式熔斷器上引線；（3）更換柱上開關(guān)或隔離開關(guān)；（4）組立或撤除直線電桿；（5）直線桿改耐張桿并加裝柱上開關(guān)或隔離開關(guān)；（6）更換

6、柱上變壓器。3.2 動作風險檢測與評估在不同的電壓等級、不同的天氣環(huán)境下，電力設(shè)備的實際安全距離是不同的，應(yīng)實現(xiàn)安全距離、安全空間范圍在不同工況下的動態(tài)計算。根據(jù)培訓人員操作虛擬人的動作軌跡進行安全距離檢測、空間觸碰檢測等一系列的動作風險檢測，并對檢測結(jié)果進行評估，以確定該動作是否發(fā)生危險。若可能發(fā)生危險的情況下，會提示報警操作者，并且會對此次操作就行記錄，用以作為某位學員的某個培訓的操作動作是否該進行多次操作的依據(jù)。3.3 協(xié)同作業(yè)協(xié)同作業(yè)是指多個作業(yè)者進行合作、配合的完成某一個作業(yè)任務(wù)，這在實際工作中經(jīng)?？梢杂龅剑H為常見，因此，這也成為了仿真訓練的一個非常重要的環(huán)節(jié)，在實際工作中，很少的

7、情況是操作者單獨進行操作的，因此協(xié)同作業(yè)的設(shè)定，屬于本系統(tǒng)培訓的主題。協(xié)同作業(yè)的人數(shù)過多，也會導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜性和難度呈正比例的增加，因此本系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)的人數(shù)不超過三個。3.4 培訓結(jié)果管理對參加帶電作業(yè)培訓的人員形成完整的培訓記錄。并可對結(jié)果進行統(tǒng)計分析，對習慣性違章操作的部分進行多次強化培訓。（1）培訓課時記錄：可以對每個學員在培訓過程中所需要學習的課程進行一個系統(tǒng)的學習管理，每個操作對應(yīng)固定的培訓時間，每個合格的學員必須通過所以的全部的課程。（2）引進補訓制度：某個學員的某些操作沒有達到標準，可以進行針對性的強化訓練，最終達到合格的目的。（3）結(jié)果統(tǒng)計分析：對某些學員常見的錯誤類型進行統(tǒng)計

8、，并進行有針對性的強化訓練。（4）效果反饋：針對學員的一些常見問題，合理的改變培訓計劃，對時間進行有針對性的調(diào)整。4 系統(tǒng)應(yīng)用效果通過對三維虛擬仿真系統(tǒng)的應(yīng)用，應(yīng)用效果顯著，具體的效果如下：（1）誤操作率更低：根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，很多誤操作的來源在于培訓的初期，學員不良的習慣造成后續(xù)的誤操作，因此通過三維仿真虛擬培訓后，可以在訓練中培養(yǎng)成良好的操作習慣，這樣可以大大的減少誤操作的產(chǎn)生。（2）操作效率更高：在經(jīng)過了虛擬培訓后，學員的操作手法更加趨于系統(tǒng)法，舍掉了許多無效的動作，且在操作過程中，有更加良好的操作舒適度，不會過度的造成心理上的緊張情緒。（3）更好的協(xié)同：通過協(xié)同作業(yè)的培訓，學員們不僅掌

9、握了如何能夠更加有效的進行合作。不會產(chǎn)生因為指令不明，或者時機不合適而造成的工作阻礙或者延誤等一系列的問題。（4）培訓效率高：制定出了完善的訓練計劃后，可以進行有針對性的訓練，訓練完成后，即可投入到實際的工作中去，培訓過程基本不受場地，天氣環(huán)境等的限制，具有較好的可操作性。endprint5 結(jié)語通過對虛擬現(xiàn)實的三維交互系統(tǒng)的研發(fā)，提供了詳細且規(guī)范的操作流程，在通過教學實訓時，能過不斷的學習各種專業(yè)的流程和技術(shù)，并且此系統(tǒng)有可重復(fù)性操作的方法，不斷的進行學習和訓練，最終可以實現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能，而且無風險性。該系統(tǒng)的優(yōu)勢為：能夠反復(fù)的安排實際訓練，受到客觀條件的影響較??；在犯錯誤的情

10、況下，可以有時間糾正，并且不會造成較大的損失；對關(guān)鍵步驟可以反復(fù)不斷的進行訓練，達到良好的效果；可以針對每個學員的實際情況進行定制化項目；良好的交流機制，可以在不同的區(qū)域和地方的學員之間相互進行溝通和交流。通過對此系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，可以規(guī)避較多的風險。這是一個較為積極的信號，但是依舊存在一些問題：如系統(tǒng)的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協(xié)同作業(yè)，但是在大多數(shù)情況下，協(xié)同作業(yè)的人數(shù)遠遠不止三人；系統(tǒng)的交流性欠缺：各大電網(wǎng)的從業(yè)人員希望通過這么一個系統(tǒng)來進行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統(tǒng)和全面：針對某些過程，動作的過程規(guī)定的還比較粗糙，不

11、夠精細，還有待進一步的提高。綜上所述，任何一個培訓系統(tǒng)的設(shè)定只是為了輔助員工進行更好的操作，但這只是虛擬的環(huán)境，若是想要成為一個真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實踐過程中不斷的進行總結(jié)和學習，才能夠成為一個真正合格的操作人員。參考文獻1賈京山，鹿秀風，閆勝利.淺談帶電作業(yè)培訓中三維仿真技術(shù)的應(yīng)用j.科技致富向?qū)В?012，33：58.2陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業(yè)三維仿真培訓系統(tǒng)研究j.中國水運（下半月），2014，01：76-78.3陳偉，方琪，平原，張召亮.quest3d在電力系統(tǒng)仿真培訓中的應(yīng)用j.水電能源學，2013，01：223-225

12、.4汪會財.電力安規(guī)虛擬交互培訓系統(tǒng)研究與設(shè)計d.湖南大學，2012.作者簡介初金良（1982-），男，吉林省農(nóng)安縣人。碩士在讀?，F(xiàn)為國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司中級工程師。作者單位1.國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 3230002.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint5 結(jié)語通過對虛擬現(xiàn)實的三維交互系統(tǒng)的研發(fā)，提供了詳細且規(guī)范的操作流程，在通過教學實訓時，能過不斷的學習各種專業(yè)的流程和技術(shù)，并且此系統(tǒng)有可重復(fù)性操作的方法，不斷的進行學習和訓練，最終可以實現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能，而且無風險性。該系統(tǒng)的優(yōu)勢為：能夠反復(fù)的安排實際訓練，受到客觀條件

13、的影響較?。辉诜稿e誤的情況下，可以有時間糾正，并且不會造成較大的損失；對關(guān)鍵步驟可以反復(fù)不斷的進行訓練，達到良好的效果；可以針對每個學員的實際情況進行定制化項目；良好的交流機制，可以在不同的區(qū)域和地方的學員之間相互進行溝通和交流。通過對此系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，可以規(guī)避較多的風險。這是一個較為積極的信號，但是依舊存在一些問題：如系統(tǒng)的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協(xié)同作業(yè)，但是在大多數(shù)情況下，協(xié)同作業(yè)的人數(shù)遠遠不止三人；系統(tǒng)的交流性欠缺：各大電網(wǎng)的從業(yè)人員希望通過這么一個系統(tǒng)來進行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統(tǒng)和全面：針對某些過程，動作的

14、過程規(guī)定的還比較粗糙，不夠精細，還有待進一步的提高。綜上所述，任何一個培訓系統(tǒng)的設(shè)定只是為了輔助員工進行更好的操作，但這只是虛擬的環(huán)境，若是想要成為一個真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實踐過程中不斷的進行總結(jié)和學習，才能夠成為一個真正合格的操作人員。參考文獻1賈京山，鹿秀風，閆勝利.淺談帶電作業(yè)培訓中三維仿真技術(shù)的應(yīng)用j.科技致富向?qū)В?012，33：58.2陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修作業(yè)三維仿真培訓系統(tǒng)研究j.中國水運（下半月），2014，01：76-78.3陳偉，方琪，平原，張召亮.quest3d在電力系統(tǒng)仿真培訓中的應(yīng)用j.水電能源學，201

15、3，01：223-225.4汪會財.電力安規(guī)虛擬交互培訓系統(tǒng)研究與設(shè)計d.湖南大學，2012.作者簡介初金良（1982-），男，吉林省農(nóng)安縣人。碩士在讀?，F(xiàn)為國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司中級工程師。作者單位1.國網(wǎng)浙江省電力公司麗水供電公司 浙江省麗水市 3230002.南京軟核科技有限公司 江蘇省南京市 210000endprint5 結(jié)語通過對虛擬現(xiàn)實的三維交互系統(tǒng)的研發(fā)，提供了詳細且規(guī)范的操作流程，在通過教學實訓時，能過不斷的學習各種專業(yè)的流程和技術(shù)，并且此系統(tǒng)有可重復(fù)性操作的方法，不斷的進行學習和訓練，最終可以實現(xiàn)全面的，完全的掌握操作技能，而且無風險性。該系統(tǒng)的優(yōu)勢為：能夠反復(fù)的安

16、排實際訓練，受到客觀條件的影響較小；在犯錯誤的情況下，可以有時間糾正，并且不會造成較大的損失；對關(guān)鍵步驟可以反復(fù)不斷的進行訓練，達到良好的效果；可以針對每個學員的實際情況進行定制化項目；良好的交流機制，可以在不同的區(qū)域和地方的學員之間相互進行溝通和交流。通過對此系統(tǒng)的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)能夠從源頭上杜絕較多的習慣性誤操作，可以規(guī)避較多的風險。這是一個較為積極的信號，但是依舊存在一些問題：如系統(tǒng)的完備性不足，僅僅只適用于少于三人的協(xié)同作業(yè)，但是在大多數(shù)情況下，協(xié)同作業(yè)的人數(shù)遠遠不止三人；系統(tǒng)的交流性欠缺：各大電網(wǎng)的從業(yè)人員希望通過這么一個系統(tǒng)來進行工作上的交流等此功能較為欠缺；完成的指令不夠系統(tǒng)和全面：針對某些過程，動作的過程規(guī)定的還比較粗糙，不夠精細，還有待進一步的提高。綜上所述，任何一個培訓系統(tǒng)的設(shè)定只是為了輔助員工進行更好的操作，但這只是虛擬的環(huán)境，若是想要成為一個真正意義上的合格的操作人員，還需要不斷的在實踐過程中不斷的進行總結(jié)和學習，才能夠成為一個真正合格的操作人員。參考文獻1賈京山，鹿秀風，閆勝利.淺談帶電作業(yè)培訓中三維仿真技術(shù)的應(yīng)用j.科技致富向?qū)В?012，33：58.2陸新秋，蘇曉，潘繼華，邵波，吳鵬，錢磊，付鑫.輸電線路高空檢修